k8s StatefulSet 固定节点 k8s worker节点

写在前面

本文一起看下k8s基本架构。

1：Kubernetes的基本架构

k8s本身也是一种分布式架构，也需要在多台机器（实体机或虚拟机无差别）部署，部署的机器我们叫做节点，其中节点分为Master node即主节点,worker node即工作节点,master node是k8s的大脑，worker node主要部署k8s的其他组件，以及执行业务功能的pod，如下图：

可以看到上图有一个Master Node和2个worker node，我们在k8s之搭建单机集群 文章中准备的单机环境中查看node信息如下：

dongyunqi@dongyunqi-virtual-machine:~$ kubectl get node
NAME       STATUS   ROLES                  AGE   VERSION
minikube   Ready    control-plane,master   22h   v1.23.3

可以看到只有一个节点，并且其角色是master，也就是我们说到的master node，并没有worker node，这是因为我们只有一台机器，此时master node也承担了worker node的功能，所以此节点既是master node也是worker node，但首先是master node。实际上这种架构方式就是典型的控制面/数据面（Control Plane/Data Plane）架构，集群里的计算机被称为“节点”（Node），可以是实机也可以是虚机，少量的节点用作控制面来执行集群的管理维护工作，其他的大部分节点都被划归数据面，用来跑业务应用。在k8s架构里控制面就是master node，数据面就是worker node。

1.1：master node的核心组件

master node核心组件如下图：

功能如下：

api server：k8s集群对外的唯一入口，暴露了一组restful api，不管是kubectl还是worker node想要和master node通信都必须通过api server
etcd：注册中心，集群信息存储于此，只有api server能够访问
kube scheduler：负责容器编排，根据各个worker node的资源情况分配pod，相当于是部署人员
controller manager：负责系统状态的监控，故障转移，动态伸缩等功能，相当于是系统运维人员

这四个组件都是必须有的，不然k8s集群将无法正常启动，另外这4个组件都以容器的形式来运行，如下图:

-n kube-system 参数，表示检查“kube-system”名字空间里的Pod,什么是命名空间我也还不知道。

既然运行的是容器，我们自然也是可以通过docker ps来看下的，不过注意不是在我们的宿主机，而是在k8s虚拟出来的机器里，所以我们需要先通过minikube ssh连接到虚机，如下：

dongyunqi@dongyunqi-virtual-machine:~$ minikube ssh
Last login: Wed Jan  4 03:05:54 2023 from 192.168.49.1
docker@minikube:~$

然后就可以通过docker ps查看四个组件对应的容器了：

# 以下是在k8s的虚拟机里操作
docker@minikube:~$ docker ps | egrep "etcd"
4e5413c6c68d   25f8c7f3da61                   "etcd --advertise-cl…"   23 hours ago   Up 23 hours             k8s_etcd_etcd-minikube_kube-system_9d3d310935e5fabe942511eec3e2cd0c_0
...
docker@minikube:~$ docker ps | egrep "controller"
0a5fd910b564   b07520cd7ab7                   "kube-controller-man…"   23 hours ago   Up 23 hours             k8s_kube-controller-manager_kube-controller-manager-minikube_kube-system_b965983ec05322d0973594a01d5e8245_0
...
docker@minikube:~$ docker ps | egrep "scheduler"
83eecf84c9b4   99a3486be4f2                   "kube-scheduler --au…"   23 hours ago   Up 23 hours             k8s_kube-scheduler_kube-scheduler-minikube_kube-system_be132fe5c6572cb34d93f5e05ce2a540_0
docker@minikube:~$ docker ps | egrep "apiserver"
0119a15c6fa2   f40be0088a83                   "kube-apiserver --ad…"   23 hours ago   Up 23 hours             k8s_kube-apiserver_kube-apiserver-minikube_kube-system_cd6e47233d36a9715b0ab9632f871843_0
...

1.2：worker node的核心组件

worker node核心组件如下图：

功能如下：

kubelet：负责上报节点状态到master node 的apiserver，以及接收来自master node的apiserver的各种指令
kube proxy：代理pod收发数据包
container runtime：就是实际使用镜像以及创建容器的“劳动者”，是”伟大的底层劳动人民“

container runtime使用的容器技术并不一定非得是docker，只要是符合容器标准的都可以在此使用，如containerd、CRI-O等，这点需要清楚。

接下来我们看下各个组件的部署情况，对于container runtime就是我们的业务镜像运行的容器，是与业务相关的，如下我们运行的NGINX容器就是其中可能的一个：

docker@minikube:~$ docker ps | grep nginx 
69a398fd5dd0   nginx                          "/docker-entrypoint.…"   22 hours ago   Up 22 hours             k8s_ngx_ngx_default_e8b78e57-cea0-4ef1-9616-249680d39368_0

主要看下kubelet和kube proxy：

docker@minikube:~$ docker ps | grep kube-proxy
\5340eab00da5   9b7cc9982109                   "/usr/local/bin/kube…"   23 hours ago   Up 23 hours             k8s_kube-proxy_kube-proxy-4pqb8_kube-system_b0e109a8-4e48-440d-b85f-8793fa9b1bf5_0
docker@minikube:~$ docker ps | grep kubelet   
docker@minikube:~$

很奇怪的是，kubelet并没有对应的运行中的容器，这是因为kubelet并没有以容器的形式运行（容器运行不方便管理pod），而是以独立进程方式运行，所以我们需要使用ps命令来查看，如下：

docker@minikube:~$ ps -ef | grep kubelet
...
root        1721       1  1 Jan03 ?        00:24:26 /var/lib/minikube/binaries/v1.23.3/kubelet --bootstrap-kubeconfig=/etc/kubernetes/bootstrap-kubelet.conf --config=/var/lib/kubelet/config.yaml --container-runtime=docker --hostname-override=minikube --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubelet.conf --node-ip=192.168.49.2
...

1.3：核心组件基本工作流程

1：worker node的kubelet上报node状态到apiserver，apiserver将数据状态存储到etcd
2：controller manager从apiserver获取各个worker node的状态，进行监控，故障转移，动态伸缩等操作
3：kube proxy代理外部访问，使得容器能够对外提供服务
4：scheduler从apiserver获取节点状态，调度pod，通过apiserver下发指令给worker node，kubelet调用container runtime启动容器

1.4：插件

k8s还提供了插件（addons）的功能，不同于组件出现问题或者是缺失时k8s集群将无法正常启动，插件并非必不可少，插件的作用是在k8s集群能用的基础上，使之变得更好用,如下可以查看支持的插件列表：

其中比较常用的有DNS和dashboard，其中DNS允许通过域名的方式来访问服务，这是负载均衡和服务发现的基础，dashboard可以认为kubectl的界面版，可通过UI来管理k8s集群，有时候看信息更加直观，通过minikube dashboard就可以启动，界面如下：

写在后面

小结

本文我们一起学习了k8s的工作机制，其中节点类型分为master node和worker node，master node的组件包括apiserver，etcd，scheduler，controller manager，worker node的组件包括kubelet，kube-proxy，container runtime，并了解了插件相关的内容。详细如下图：

多知道一点

devops

devops是相对于常规的开发流程来说的，常规的开发流程是开发人员进行开发，我们可以叫做是dev，而运维人员部署运维的过程我们可以叫做ops，而对于基于k8s的开发就没有这么明显的划分了，开发和运维可以是一拨人，所以就叫做是devops，该词的中文意思也正是开发运维，即是开发，也是运维。所以devops的意思就是基于k8s进行开发部署运维的模式。